宣武门地铁车站群洞施工技术及沉降分析.docx

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宣武门地铁车站群洞施工技术及沉降分析

宣武门地铁车站群洞施工技术及沉降分析

摘要:

结合地铁四号线宣武门车站的施工,介绍了PBA洞桩法施工的关键技术,对浅埋暗挖群洞施工引起的沉降情况进行了分析,提出控制地表沉降的有效方法,为类似施工工法提供借鉴。

关键词:

地铁车站　PBA洞桩法　群洞效应　施工技术

PBA洞桩法是将传统的地面框架结构和暗挖法有机结合,在地下提前暗挖好的导洞内施作围护边桩、中柱、底梁、顶梁和拱顶,共同构成桩、梁、拱（PBA）支撑框架体系,承受施工过程中的外部荷载;然后在拱顶和边桩的保护下,逐层向下开挖土体,施作内部结构,最终形成由外层边桩及拱顶初期支护和内层二次衬砌组合而成的永久承载体系。

但各工程具有自身的特点、施工难点,本文分析PBA洞桩法在宣武门地铁车站的主要施工技术及控制要点。

1程概况

地铁四号线宣武门车站呈南北走向,站址位于宣武门内、外大街与宣武门东、西大街交叉路口下,与既有环线宣武门站成“十”字交叉;环线在上,四号线在下。

车站为两端双层、中间单层岛式站台暗挖站,端进式暗挖车站形式。

车站总长度187.9m,总宽度22.9m。

双层暗挖段顶板结构覆土厚度7.57~8.45m。

车站主体双层结构采用PBA法施工,车站主体结构断面有四种:

两端在与风道相交段局部采用双层三跨三连拱结构、八个施工导洞的ZC断面;车站与既有地铁环线宣武门车站临近处（管幕工作室段）采用双层三跨三连拱结构、八个施工导洞的ZD断面;ZC、ZD断面之间为双层三跨三连拱结构、八个施工导洞的ZA断面。

根据前期探测资料显示车站穿越地层地质情况:

车站顶部位于粉细砂层,中部位于卵石圆砾层、砂层,底部位于卵石圆砾层。

车站穿越地层条件非常差。

该段地下水属层间水,含水层为卵石圆砾层,中粗砂充填,渗透系数大,为强透水层,水位标高为24.19~26.38m,（水位埋深为20.50~24.30m）,地下层间水进入车站4m左右,对车站施工影响很大。

该段地下水对混凝土结构无腐蚀性,局部地段对钢筋混凝土中的钢筋具有弱腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀性。

2工程难点

2.1地质条件复杂

车站主体结构穿越地层为粉细砂层、卵石圆砾层、砂层、卵石圆砾层,底部位于含层间水的卵石圆砾层。

采用暗挖法施工时易发生突发性的涌沙、坍塌等不良地质问题。

2.2周边环境复杂

车站位于宣武门内外大街、东西大街四条交通干线的结合处,车站四周有越秀大饭店、中国图片社、天主教爱国会等建筑物;东南侧是繁华的商务、商业、办公区。

由于车站埋深较大,大部分建筑物位于车站开挖面影响范围内,施工过程中很容易对周围建筑物基础产生影响。

2.3地下构筑物（管线）多

车站上方覆土内有热力、煤气、上水、污水、雨水、电力、通信等89条管线。

其中盖板河横穿车站主体上方,盖板河底板厚0.4m,边墙厚0.25m,均为钢筋混凝土结构。

盖板河底板距离车站拱顶距离1.77m;如果车站施工措施不当,会使盖板河下沉造成开裂,进而漏水。

2.4群洞数量多、相互之间影响明显

车站主体结构PBA法施工,需从车站南、北风道临时横通道进入后进行小导洞（群洞）开挖,小导洞分两层、共八个（上四、下四）,小导洞上下对应。

导洞水平间距2.6m,垂直高差6.6m,开挖过程中相互影响较大。

施工处理不当会由于土体压力造成小导洞失稳、发生倾偏,对下一步施工产生严重影响。

3主要施工方法

为解决以上施工难点,主要采用如下施工方法。

3.1小导洞超前支护及土方开挖施工

小导洞采取浅埋暗挖法施工,严格遵循“管超前,严注浆,短进尺,快封闭,强支护,勤量测”施工原则。

采用R76大管棚与Φ32mm超前小导管联合对拱部地层超前注浆预加固,大管棚内注水泥砂浆,小导管注浆浆液为水泥—水玻璃双液浆或改性水玻璃浆液。

R76大管棚采用自进式锚杆钻机,钻机钻杆与R76钢管采用连接头连接,由钻机主机带动钻杆和R76钢管旋转,旋转中施加水平冲击力达到钻进作用。

由管棚进口端跟管钻进,钻进过程中应确保支架稳固、钻进方向和角度准确。

在钻进的全过程采用泥浆润滑、护壁,泥浆经泥浆搅拌机拌合,由钻机上的高压泥浆泵加压,通过钻杆和动力头传向钢管前端,起到润滑和护壁的作用。

开挖采用上下台阶法施工,并预留核心土,优点是便于人工操作,地层扰动范围小;一但发生地层溜坍,容易进行堵漏处理,也便于架设格栅钢架。

由于开挖工作量小,能在较短时间内将顶部支护完成,从而创造了一个安全的施工环境。

如图1所示。

3.2边桩施工

为减少边桩施工对周围建筑物的影响,施工中采用冲抓钻、钢套筒护壁、干成孔方法成孔,以满足地下导洞狭小空间钻孔的施工要求,为防止塌孔和保证成孔质量,钻孔灌注桩采取1、3、5跳格法施工,且第一批桩成桩后再做第二批桩,每台钻机日成孔1根。

为防止成孔过程中出现坍方现象,故取土前采用50kN液压千斤顶预压入钢套管,进行套管护壁。

液压千斤顶顶入方法:

在钢套筒口上铺设方木,千斤顶底部放在方木上（保证底部方木水平）,顶部顶在与小导洞顶部初支相连接贯通的方木上,再行顶入。

采用钢套筒护壁的方式有效地防止了桩孔侧壁坍塌,减小施工对土体的扰动。

3.3过盖板河施工

为防止盖板河发生沉降,施工采用30.00m长的Φ121mm钢管大管棚,管内注水泥砂浆,环向间距0.3m,布设范围为双层断面拱部,大管棚的施工工艺采用导向钻机跟管钻进技术。

并配合超前地层加固,在大管棚间隙间打超前小导管预注浆加固地层,该段地层为中粗砂层,注浆浆液选用水泥-水玻璃双液浆,注浆管采用3.5m长Φ32mm钢管,环向间距0.3m,注浆范围为拱部超出结构轮廓线6m范围,同时配以掌子面注浆,加固管线渗漏水处地层。

背后注浆,在车站拱部土体内预留跟踪注浆管,根据监测数据进行后退式分段注浆,加固地层。

3.4减小群洞效应施工措施

车站小导洞（群洞）分两层、共八个,导洞上下对应。

导洞水平间距2.6m,垂直高差6.6m。

具体分布形式如图2。

避免开挖中的相互影响,合理确定导洞间的开挖顺序,控制群洞效应所引起的地面沉降,确保地下管线和周边环境安全稳定,是小导洞施工中的重中之重。

①开挖前采用121大管棚对拱部地层超前注浆预加固。

②合理确定各导洞的开挖顺序,按先下后上,先边后中顺序进行小导洞工程的开挖支护。

③根据监控量测结果及时反馈信息指导设计施工,以便调整支护参数和施工方法,以此作为安全保证的主要手段。

④下导洞超前上导洞10~20m。

各导洞之间横、纵向均拉开一定距离,避免相互干扰。

⑤小导洞分台阶快速开挖,减少对地层的扰动,加强初期支护,尽早封闭成环,限制导洞的沉降和变形。

4监控量测分析

4.1监控量测布设

由于宣武门站所处的地理位置、地质及地下结构的十分复杂性,要求施工方必须实时地了解施工所引起的洞内及地表的每一个可能的动向,因此监控量测成为一项不可或缺的工作。

地表测点布置依据设计和施工图纸,并结合现场实际,间隔5m设一个断面,每断面设7个点,主断面设20个测点,整个车站共设置39个普通断面,4个主断面。

洞内测点以5~10m为一个断面,布设拱顶测点和水平收敛测点。

4.2监控量测成果分析

通过对小导洞开挖阶段监测资料的统计、分析、制图表如下。

由图3~图9并结合监控量测数据统计可以得出:

①导洞施工阶段,车站上方地表累计沉降平均为35mm左右,累计沉降最大为46.91mm。

②根据地表累计沉降纵向分布图,施工通道及盖板河上方附近区域地表沉降较小。

③根据地表累计沉降横向分布图,导洞施工导致地表沉降的范围为车站中线左右25m范围之内,导洞沉降主要发生在导洞正上方,车站中线12m外,地表累计沉降即迅速减小。

④根据地表测点累计沉降历时曲线图,测点累计沉降主要发生在导洞开挖通过测点的阶段;洞内挖孔桩施工对地层变位影响较小,期间地表沉降速率约为0.1mm/d,但持续时间较长。

⑤根据地表沉降变化L/D曲线图,测点沉降在距掌子面2~3倍洞径时开始发生,掌子面通过后3~4倍洞径时沉降变化稳定。

⑥通过对导洞施工通过量测断面的阶段地表沉降的形态进行分析:

导洞单洞施工引起的地表呈沉降为以其中线为中心的沉降槽;上下叠加的两个导洞,滞后导洞引起的地表沉降大于超前导洞引起的地表沉降;相邻两个导洞施工引起的地表沉降最大值,水平并行情况下比上下重叠时大。

⑦导洞施工阶段,拱顶累计沉降上导洞平均为-9.0mm,下导洞平均为-5.5mm,上导洞拱顶累计沉降普遍大于下导洞累计沉降。

⑧根据导洞拱顶累计沉降历时曲线,受临近导洞施工、导洞之间横通道施工及挖孔桩施工影响,导洞拱顶沉降历时较长。

⑨根据导洞拱顶累计沉降历时曲线,在各种影响下,拱顶点在15d左右达到初次稳定,在30d左右达到基本稳定。

⑩导洞施工阶段,导洞收敛上导洞平均为-1.94mm,下导洞平均为-1.67mm。

其中,导洞收敛受导洞间横通道施工影响较大,为-5.0mm左右,在横通道施作完毕后导洞收敛即迅速趋于稳定。

5结语

北京地铁四号线宣武门车站由于受工程地质和水文条件、周边地面建筑物及地下构筑物、埋深及大跨度开挖等因素的制约,采用了以上方法加以控制,有效地控制了地表沉降,保证了周边建筑物及地下管线的安全,为今后类似工程和工法的施工提供了借鉴和参考。

参考文献

[1]DBJ01—87—2005,北京市市政基础设施工程暗挖施工安全技术规程[S].

[2]GB50299—1999,地下铁道工程施工及验收规范[S].

[3]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:

安徽教育出版社,2004.